中高年michiのサバイバル日記

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量子コンピュータ、何がどうすごいの? 2進法を超えた「重ね合わせ」ができる?

 

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コンピュータのサーバーです

なんかグーグルが量子コンピュータで、すごいことをやった

ようですが

今日は私の理解の範囲で結論を書き、以下に引用を続けます。

1.解ったこと

現在のコンピュータでは、情報の基本単位を「ビット」

 (bit=binary unitの略)とし、それぞれを「0」か「1」の状態

 を取ることによって、2進数で数を保持し、演算を行います。

量子コンピュータは、現在の手法を超えた、「重ね合わせ」

 で計算できる。

「重ね合わせ」とは、2つまたはそれ以上の状態を同時に表す

 ことができるということ。

・そのため「特定分野での計算が効率よくできる」ということです。

 2.量子コンピュータは格段に速く計算できた。

 米グーグルは23日、量子コンピューターを使い、複雑な計算問題を最先端のスーパーコンピューターよりも極めて短い時間で解くことに成功したと発表した。理論上、量子コンピューターはスパコンを上回る性能を持つと考えられてきたが、世界で初めて実験で証明した。人工知能(AI)などに続く革新的技術として期待される量子コンピューターの実用化へ、大きく前進する。

 量子コンピューターは「量子力学」と呼ぶ物理法則に従って動く。従来のコンピューターが「0」か「1」かで情報を表すのに対し、量子コンピューターは「0であり、かつ1でもある」という特殊な状態を利用して大量の情報を一度に処理できるのが特徴だ。計算の回数が減り、時間も大幅に短縮できる。

 

 グーグルは2013年に量子人工知能研究所を設置。米カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究グループを迎えるなどして、量子コンピューターの開発に力を入れてきた。今回、0と1を重ね合わせた53個の「量子ビット」を利用し、スパコン超えの性能を実証した。

スパコンで1万年分の計算、3分で Google「量子超越」 :日本経済新聞

  3.新しいデジタル社会の扉

新しいデジタル社会の扉が開かれようとしている。米グーグルが23日、開発中のマシンで「量子超越」を達成したと発表した。コンピューター科学の大きなマイルストーンといえる。人工知能(AI)をしのぐ技術革新で、将来、想像もつかないインパクトをわたしたちに与えるだろう。

 グーグルが開発する量子コンピューターは、量子力学と呼ぶ、天才科学者のアインシュタインすらをも悩ませた不思議な物理の力を利用する。原子や電子といった小さな世界でのみ起こる現象で、光の粒に載せた情報を一瞬にして地球の裏側に届けたり、暗号が盗み見された瞬間に情報を消し去ったりすることができる。

 

社会にあふれるビッグデータをAIが使いこなし未来を「予測」するには、今の計算力では追いつかない。データセンターの巨大化や、それに伴うエネルギー消費量の爆発はそのあらわれだ。

既存のコンピューターを「古典コンピューター」と呼んでしまうほどの計算力をもつ量子コンピューターが実現すれば、AIとの連携によるディスラプション(創造的破壊)の威力はすさまじい。

Googleの「量子超越」 AIしのぐ技術革新の衝撃 :日本経済新聞

  4、(話戻って)現在のコンピュータとは?

確かにすごそうで、既存のコンピュータをしのぐらしいのですが

その「既存のコンピュータ」すら私は解っていません。 

「これからを生き抜くための常識でしょう」と言われようがさっ

ぱりです。

私の理解できた範囲で引用を記載すると 

コンピュータと言われて私もまず思い浮かべるのは、WindowsとかMacとかLinuxといったOSを搭載したコンピュータですが、

OSはコンピュータではなくソフトウェアを動かすための基本ソフトのことを言うので、コンピュータ原理そのものではありませんね。

 

古典コンピュータは、第二次世界大戦中に敵軍であるドイツ軍の暗号を解読する手法を数々考案したアラン・チューリングによってその動作原理が考案されたとされており、「チューリングマシン」と呼ばれている原理に基づいたコンピュータは、ほぼ全てのコンピュータの基礎になっています。

古典コンピュータでは、情報の基本単位を「ビット」(bit=binary unitの略)とし、それぞれを「0」か「1」の状態を取ることによって、2進数で数を保持し、演算を行います。

この数は、0または1のどちらかの状態を表すことができますが、2つ以上の状態を同時に表すことができません。実際のコンピュータでは、0か1の状態を表すのに、電圧をオン・オフで切り替えて行なっています。

 この話は、私でも解ります。

ゼロか1かの選択ですから、どんなに早くても、同時並行にやる場合と比べると

遅くなりますよね。

 

5.量子コンピュータの説明

非常に重要なポイントなので、もう一度整理すると、古典コンピュータの「ビット」では0または1のどちらかの状態を表すことができますが、2つ以上の状態を同時に表すことができません

量子コンピュータでは、状態の「重ね合わせ」という量子力学的な基本性質を用います。「重ね合わせ」とは、2つまたはそれ以上の状態を同時に表すことができるということです。

「重ね合わせ」は理屈上は分かりにくいかもしれませんが、分かりやすく言えば「コインが回っている状態」のことです。コインが「表」や「裏」だと決まっているときには、「コインが回転をやめて、倒れた状態」のことを言います。

しかし、コインが回転しているときには「表」と「裏」が未決定の状態で、「回転中」という状態です。いわば、観察するまでどちらかが分からない状態を「重ね合わせ」と呼びます。 

 

実際には、もっと直感的に言えば、量子コンピュータの情報単位は、「重ね合わせ」により状態が2つ以上であり、0でもあり、1でもあり、2でもあり、3でもあるという状態になります。

しかし、重要なのは、観測されるときには、「0」か「1」か「2」か「3」のどれかが必ず観測されます

 ところで、状態の「重ね合わせ」が実現することで、どんなメリットが生まれるのでしょうか?簡単に言えば、「特定分野での計算が効率よくできる」ということです。

 

 因数分解を「実用的な速さ」で行うということは、セキュリティ上の危機でもあります。現在セキュリティで使われている暗号は、暗号鍵を知らなくとも計算することは可能だからです。

ただし、従来の古典コンピュータでは圧倒的な時間がかかるので現実可能性がほぼなかったと言えますが、量子コンピュータを使えば、現在のセキュリティレベルでは簡単に解読される可能性があるでしょう。そのため、現在では「量子暗号」と呼ばれる暗号も期待されています。

  6.量子コンピュータの作り方、2種類

現行の量子コンピュータは、大別して2種類の作り方があります。

一つ目が「量子回路方式」(ゲート方式)と呼ばれるもので、どちらかといえば古典コンピュータに近いものになります。

暗号解読に使われるととんでもないことになる、と言われているのがこちらの方式で、複数の状態を重ね合わせする「量子ビット」もこのタイプで利用されます。しかし、研究が進みながらも、まだ実用レベルまで達していないのが現状です。

もう一つが、量子アニーリング方式」と呼ばれるもので、1998年に東京工業大学の西森秀稔教授らが提唱した国産の手法です。

 しかし、できることが限られている反面シンプルで、組み合わせを最適化する問題に適していると言われています。

 

 結局のところ「量子アニーリング」は、何に役立つのでしょうか?組み合わせ最適化に特化しているということは、より分かりやすく言えば「たくさんの選択肢の中から最もよい選択肢を探し当てる」ことが得意です。

 引用元は、

文系でも思わずうなずく!「量子コンピュータ」超入門|ferret

 7.怖いことが起こる?

別のコラムを読んでいたら、量子コンピュータが本格稼働してくる

と、現在のインターネットのセキュリティが破られる危機が起こり

そう、とありましたが、今の私には、何がどうなるのか、

よく解っていません。